微波集成電路學(xué)習(xí)資料2：微波平面?zhèn)鬏斁€課件

第二章微波平面?zhèn)鬏斁€第二章微波平面?zhèn)鬏斁€目錄2.1引言2.2微帶線2.3帶狀線2.4懸置微帶和倒置微帶2.5槽線和共面波導(dǎo)2.6鰭線2.7其他平面?zhèn)鬏斁€目錄2.1引言微波常用傳輸線矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)平行雙線同軸線微帶線2.1引言微波常用傳輸線矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)平行雙線同軸線微帶線2.1引言2.1引言平面?zhèn)鬏斁€微帶線帶狀線懸置微帶和倒置微帶槽線與共面波導(dǎo)相速和波長特性阻抗衰減常數(shù)功率容量設(shè)計原則2.1引言平面?zhèn)鬏斁€微帶線帶狀線懸置微帶和倒置微帶槽線與共微波平面?zhèn)鬏斁€通常由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成，制備工藝包括厚膜工藝和薄膜工藝。2.1引言微波平面?zhèn)鬏斁€通常由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組對基片材料的要求:（1）較高的介電常數(shù)，使電路小型化(針對微波頻率)；（2）低損耗；（3）介電常數(shù)

穩(wěn)定；（4）純度高，性能一致性好；（5）表面光潔度高，金屬附著力好；（6）擊穿強度高,導(dǎo)熱性好(針對大功率)。2.1引言對基片材料的要求:2.1引言2.1引言2.1引言2.1引言性能：超常的層間結(jié)合；低吸水率；增強的尺寸穩(wěn)定性；低Z軸膨脹；頻率使用范圍穩(wěn)定的介電常數(shù)；增強的撓性強度。應(yīng)用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器件；天線。2.1引言性能：應(yīng)用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器RogersRT/duroid5880高頻層壓板使用在:商用航空電話電路微帶線和帶狀線電路毫米波應(yīng)用軍用雷達系統(tǒng)導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)點對點數(shù)字無線電天線2.1引言RogersRT/duroid5880高頻層壓板使用在:2.1引言有機物柔性基板：LCP、polyimidefilmConsiderablycheaperthantheTeflon-likedielectrics.Mechanicalstabilityisafewtimeshigherthanforapolyimide.ItsCTEof16ppm/?Cisclosetothatofacopperconductor,resultinginlowwarpageafteretch.Highmoistureandchemicalresistance.Nearlyconstantdielectricpermittivityandalowdielectriclosstangent(εr=3,tanδ=0.004at35GHz)upto110GHz.2.1引言有機物柔性基板：LCP、polyimidefi對于金屬材料的要求：（1）高的導(dǎo)電率；（2）低的電阻溫度系數(shù)；（3）對基片的附著性能好;（4）好的刻蝕性和可焊接性;（5）易于淀積和電鍍。2.1引言對于金屬材料的要求：2.1引言2.1引言常用的是二至四層結(jié)構(gòu)，如鉻-金（Cr-Au）、鎳鉻-金（NiCr-Au）、鈦-鉑-金（Ti-Pt-Au）、鈦-鈀-金（Ti-Pd-Au）、鈦-銅-金（Ti-Cu-Au）、鉻--銅-鉻-金（Cr-Cu-Cr-Au）等。2.1引言常用的是二至四層結(jié)構(gòu)，如鉻-金（Cr-Au）、鎳MIC主要工藝過程：2.1引言基片處理研磨拋光鍍膜金屬層減薄版圖制作圖形放大照相制版光刻腐蝕甩膠曝光腐蝕接地/電鍍接地金屬化電鍍防護MIC主要工藝過程：2.1引言基片處理研磨拋光鍍膜金屬層減光刻薄膜工藝2.1引言光刻薄膜工藝2.1引言曝光（Exposure）a、接觸式曝光（ContactPrinting）

1970年前，設(shè)備簡單,污染嚴(yán)重，壽命低，分辨率

0.5μm。b、接近式曝光（ProximityPrinting）

1970年后，間距大約為10～50μm，引入衍射效應(yīng)，分辨率2～4μm。c、投影式曝光（ProjectionPrinting）使用透鏡聚集光實現(xiàn)曝光，提高了分辨率，掩模板的制作更加容易，掩膜板上的缺陷影響減小。70年代末～80年代初，掃描投影曝光，>1μm工藝；掩模板比例1：1；80年代末～90年代，步進重復(fù)投影曝光，0.35μm~0.25μ，比例4：190年代末～至今，掃描步進投影曝光，≤0.18μm工藝2.1引言曝光（Exposure）2.1引言電子束刻蝕薄膜工藝2.1引言電子束刻蝕薄膜工藝2.1引言薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析2.1引言薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析2.1引言2.2

微帶線微帶線目前是混合微波集成電路（HMIC）和單片微波集成電路（MMIC）以及多芯片組件（MCM）使用最多的一種平面型傳輸線。微帶線結(jié)構(gòu)及內(nèi)部場結(jié)構(gòu)2.2微帶線微帶線目前是混合微波集成電路（HMIC）和單片微帶線的優(yōu)缺點：與波導(dǎo)、同軸線等立體電路相比的主要優(yōu)點在于：（1）體積小、重量輕；（2）采用的半空間開放電路結(jié)構(gòu)，便于與固體器件進行連接；（3）電路的可靠性和性能得到改善，同時制造成本低。但也存在以下問題有待解決：（1）傳輸線的損耗較大；（2）散熱較差、介質(zhì)基片在高電壓下容易擊穿問題。2.2

微帶線微帶線的優(yōu)缺點：2.2微帶線微帶線可以看成由平行雙線演變而來2.2.1概要平行雙線到微帶線的演變過程微帶線可以看成由平行雙線演變而來2.2.1概要平行雙線到微微帶線發(fā)展歷史1952年，GriegandEngelmann，首次發(fā)表關(guān)于帶狀線（stripline）的報道，“Microstrip-ANewTransmissionTechniquefortheKlilomegacycleRange”，IREproceeding1955年，

ITTFerearlTelecommunicationsLaboratories（NewJersey）,報道了多篇關(guān)于微帶線的報道，IEEEtransactionsonMicrowaveTheoryandTechnique.1960年，薄基片厚度的微帶線流行。2.2.1概要微帶線發(fā)展歷史1952年，GriegandEngelm微帶線由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成。2.2.1概要微帶線構(gòu)成微帶線由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成。2.2.微帶線的特性參數(shù)傳輸線電壓、電流波動方程均勻傳輸線電壓、電流微分方程或電報方程2.2.2微帶線特性分析微帶線的特性參數(shù)傳輸線電壓、電流波動方程均勻傳輸線電壓、電流

空氣微帶線特性阻抗：傳輸波的相速范圍單位長度分布電容范圍特性阻抗范圍TEM模無耗傳輸線的特性阻抗：當(dāng)微帶線的周圍全部用相對介電常數(shù)為的介質(zhì)填充時，其特性阻抗為2.2.2微帶線特性分析空氣微帶線特性阻抗：傳輸波的相速范圍單位長度分布電容范圍相速為相波長為單位長度分布電容為特性阻抗為式中q為填充因子，表示介質(zhì)填充的程度2.2.2微帶線特性分析微帶線的周圍為非均勻介質(zhì)填充時，引入相對等效介電常數(shù)相速為相波長為單位長度分布電容為特性阻抗為式中q為填充微帶線的分析方法1952年時，GriegandEngelmann采用分析方法基于平行雙線的準(zhǔn)靜態(tài)分析。20世紀(jì)60年代，保角變換、格林函數(shù)、有限差分法等發(fā)展；1971年時，嚴(yán)格的場解方法已經(jīng)能夠計算色散特性。2.2.2微帶線特性分析微帶線的分析方法2.2.2微帶線特性分析微帶線特性分析微帶線分析方法有兩種：（1）準(zhǔn)靜態(tài)法（2）全波分析法

把微帶線的工作模式當(dāng)作TEM模來分析，這種分析方法稱為“準(zhǔn)靜態(tài)分析法”。全波分析法是利用高等電磁理論，求滿足完整Maxwell方程式及邊界條件的電磁場之解。2.2.2微帶線特性分析微帶線特性分析微帶線分析方法有兩種：2.2.2微帶線特性分28準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟1假設(shè)介質(zhì)不存在，金屬導(dǎo)體之外到處都是空氣，算出其每單位長電容及電感分別為C0及L0，此時:

特性阻抗為相位傳播常數(shù)為

2.2.2微帶線特性分析28準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟1假設(shè)介質(zhì)不存在，金屬導(dǎo)體之外29準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟2放入介質(zhì)，利用數(shù)值方法（如：保角變換、有限差分、積分方程和變分法）求出其單位長電容C，每單位長電感仍為L0，于是微帶線的特性阻抗與相位傳播常數(shù)分別為:2.2.2微帶線特性分析29準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟2放入介質(zhì)，利用數(shù)值方法（如：保角變換、兩種情況下，上述準(zhǔn)靜態(tài)法將不適用：介質(zhì)厚度和波長相比擬；頻率較高時，例如毫米波頻段的高端。原因：存在高階模式！利用全波法求解，可獲得更為準(zhǔn)確的微帶線特性阻抗和有效介電常數(shù)。f↑→εre↑,Zc↑2.2.2微帶線特性分析兩種情況下，上述準(zhǔn)靜態(tài)法將不適用：f↑→εre↑,Zc↑2.不論準(zhǔn)靜態(tài)分析或全波分析都很難找到簡單的公式解，而必需利用數(shù)值方法，以電腦計算數(shù)值解。市面上有許多商用軟件可作微帶線的準(zhǔn)靜態(tài)分析及全波分析。優(yōu)缺點：精度高、但計算效率太低，無法滿足工程需要。半經(jīng)驗解析公式利用近似物理模型或純經(jīng)驗表達式與測量結(jié)果，導(dǎo)出傳播常數(shù)與特性阻抗的公式；例：Bahl與Garg的準(zhǔn)靜態(tài)公式(與實驗結(jié)果結(jié)果相當(dāng)吻合)2.2.2微帶線特性分析不論準(zhǔn)靜態(tài)分析或全波分析都很難找到簡單的公式解，而必需利用數(shù)Bahl與

Garg準(zhǔn)靜態(tài)公式計算結(jié)果介質(zhì)基板厚度100mm，金屬帶條厚度3mm；相同的頻率、基板厚度、及金屬帶條厚度之下，微帶線的特性阻抗與傳播特性只與金屬帶條寬度有關(guān)；其他條件固定時，金屬帶條越寬，其特性阻抗越小，而相對介電常數(shù)越大；可輕易在同一塊電路板作出不同特性阻抗傳輸線。εr↑,w↑,h↓→εre↑,Zc↓2.2.2微帶線特性分析Bahl與Garg準(zhǔn)靜態(tài)公式計算結(jié)果介質(zhì)基板厚度1002.2.2微帶線特性分析εr=92.2.2微帶線特性分析εr=934色散(Dispersion)

色散：電磁波的傳播速度隨其頻率變化而變化的現(xiàn)象。微帶線不傳播TEM波全波分析顯示其有效相對介點常數(shù)（

εre)和特性阻抗都會隨頻率變化，稱為色散；有效相對介電常數(shù)εre下相位傳播常數(shù)為：也有研究人員提出色散模型的半經(jīng)驗公式例：Hammerstad與Jensen的特性阻抗公式；例：M.Kobayashi的有效相對介電常數(shù)公式；均不必記，可寫成函數(shù)，使用時調(diào)用就可

2.2.2微帶線特性分析34色散(Dispersion)色散：電磁波的傳播速度隨其Hammerstad特性阻抗公式（誤差范圍<1%）：2.2.2微帶線特性分析Hammerstad特性阻抗公式（誤差范圍<1%）：2.2.主要考慮因素：金屬帶條厚度影響

如果考慮金屬帶條的厚度t>0，則需要對前式中帶條寬度w以有效寬度we進行修正，即：we=w+Δw。在介電常數(shù)2<

εr

<6、w/h<1.25和0.1<t/w<0.8時，有一個經(jīng)驗公式（精度5%）：

Z0=59.952×ln(4h/d)/sqrt(εe)其中εe=0.475×

εr

+0.67,d=0.536w+0.67t。金屬屏蔽腔影響

考慮屏蔽效應(yīng)后，特性阻抗要下降，當(dāng)上蓋高度>5h，側(cè)壁與微帶間距>5w時，可以忽略。2.2.2微帶線特性分析主要考慮因素：2.2.2微帶線特性分析37色散效應(yīng)影響

特性阻抗和有效介電常數(shù)隨頻率變化很小，我們可以引用一經(jīng)驗公式：其中fd的單位為GHz，h的單位為cm。當(dāng)f<fd時，色散效應(yīng)可以忽略。[例]采用相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.254mm的介質(zhì)基片作為微帶線的襯底時，對于50歐姆阻抗線而言，色散效應(yīng)可以忽略的最高頻率是多少？2.2.2微帶線特性分析37色散效應(yīng)影響

特性阻抗和有效介電常數(shù)隨頻率2.2.2微帶線特性分析2.2.2微帶線特性分析微帶線中傳輸模式空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模。實際微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，是TE模和TM模的混合模。微帶線中的傳輸模式類似于TEM模，故稱為準(zhǔn)TEM模。2.2.2微帶線特性分析微帶線中傳輸模式空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模。2.240微帶線無法傳播TEM波說明空氣與介質(zhì)的交界面上電場的切線方向分量連續(xù)，因此下標(biāo)d和a分別表示交界面的介質(zhì)側(cè)及空氣側(cè)。2.2.2微帶線特性分析40微帶線無法傳播TEM波說明空氣與介質(zhì)的交界面上電場的切線41微帶線無法傳播TEM波說明利用Maxwell方程式可得在直角坐標(biāo)系展開，且利用交界面兩側(cè)磁場強度法線方向分量連續(xù)的條件(假定介質(zhì)的μr=1)2.2.2微帶線特性分析41微帶線無法傳播TEM波說明利用Maxwell方程式可得微帶線無法傳播TEM波說明由于大于1，而且界面上的Hy不為零，它對z的變化也不為零，因此式右邊的項不會是零，依據(jù)上面的公式，其左方的項因此不能為零，所以Hz也就不可以是0。無法滿足TEM波Hz=0！

2.2.2微帶線特性分析微帶線無法傳播TEM波說明由于大于1，而且界面上的HTE10模截止波長為TM01模截止波長為波導(dǎo)模:

微帶線中的高次模：波導(dǎo)模和表面波模波導(dǎo)模是指在金屬導(dǎo)帶與接地板之間構(gòu)成有限寬度的平板波導(dǎo)中存在的TE、TM模。平板波導(dǎo)的最低TE模和TM模是TE10模、TM01模。2.2.2微帶線特性分析TE10模截止波長為TM01模截止波長為波導(dǎo)模:微帶線中的主模和高次模表面波模TE1模截止波長:表面波TM0模截止波長：表面波模:

微帶線的單模工作條件:[例]：對于石英基片，相對介電常數(shù)為3.8，工作在100GHz時，要求最低表面模與準(zhǔn)TEM模之間耦合可以忽略下，石英基片的厚度不能超過多少？2.2.2微帶線特性分析微帶線中的主模和高次模表面波模TE1模截止波長:表面波模:2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗主要分為三部分：（1）介質(zhì)損耗：當(dāng)電流通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)分子交替著極化和晶格來回碰撞，而產(chǎn)生的損耗。（2）導(dǎo)體損耗：微帶線的導(dǎo)體帶條和接地板均具有有限的電導(dǎo)率，電流通過時必然引起損耗，是微帶線損耗的主要部分。（3）輻射損耗：由微帶線場結(jié)構(gòu)的半開放性所引起。為避免輻射，減小損耗，并防止有其他電路的影響，一般的微帶電路均裝在金屬屏蔽盒中。2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗主要分為三部分：2.2.3微帶線的損耗p為單位長度傳輸線的功率損耗2.2.3微帶線的損耗p為單位長度傳輸線的功率損耗在電場作用下，能產(chǎn)生極化的一切物質(zhì)又被稱之為電介質(zhì)。如果將一塊電介質(zhì)放入一平行電場中，則可發(fā)現(xiàn)在介質(zhì)表面感應(yīng)出了電荷，即正極板附近的電介質(zhì)感應(yīng)出了負(fù)電荷，負(fù)極板附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出正電荷。這種電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生感生電荷的現(xiàn)象，稱之為電介質(zhì)的極化。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的原因在于介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(原子、分子、離子)在電場作用下正負(fù)電荷重心的分離，變成了偶極子。不同的偶極子有不同的電偶極矩，電偶極矩的方向與外電場方向一致。2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)基本概念在電場作用下，能產(chǎn)生極化的一切物質(zhì)又被稱之為電介質(zhì)。2.2.材料極化2.2.3微帶線的損耗材料極化2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：介電常數(shù)：以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值。表示在單位電場中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。是表征電介質(zhì)極化并儲存電荷的能力，是個宏觀物理量。介質(zhì)損耗：置于交流電場中的介質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱(溫度升高)形式表現(xiàn)出來的能量損耗。2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：介質(zhì)損耗角對電介質(zhì)施加交流電壓，介質(zhì)內(nèi)部流過的電流相量與電壓相量之間的夾角的余角。介質(zhì)損耗角正切對電介質(zhì)施以正弦波電壓,外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角δ的正切值tgδ.其物理意義是：2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：2.2.3微帶線的損耗分子結(jié)構(gòu)極性越強,ε和tg越大.非極性材料的極化程度小,ε和tg都較小.

tg

大，損耗大，材料發(fā)熱。電容介質(zhì)：大，tg

小作絕緣材料或電容器材料的高聚物,介電損耗越小越好

航空航天材料小，tg

大，靜電小

高頻焊接：薄膜封口，tg

大需要通過高頻加熱進行干燥,模塑或?qū)λ芰线M行高頻焊接時,要求高聚物的介電損耗越大越好.

高頻電纜—用PE(非極性)而不用PVC(極性)

2.2.3微帶線的損耗分子結(jié)構(gòu)極性越強,ε和tg越大.非極性材料的極化程度小,介質(zhì)損耗：ε1為介質(zhì)的介電常數(shù)，

μ0為導(dǎo)磁率，并把存在的介質(zhì)損耗用一個等效損耗電導(dǎo)σ1來表示。

當(dāng)有介質(zhì)損耗時，其有功電流密度和無功電流密度各為σ1E和jωε1E。兩者大小比值的正切是衡量介質(zhì)損耗的一個基本參量，稱為損耗角正切：

通常該損耗與導(dǎo)體損耗相比往往可以忽略不計，但在介質(zhì)吸水或含有其他雜質(zhì)時，介質(zhì)損耗將會增大。2.2.3微帶線的損耗電場全部浸在介質(zhì)中時介質(zhì)損耗：ε1為介質(zhì)的介電常數(shù)，μ0為導(dǎo)磁率，并把存在的介導(dǎo)體損耗：表面電阻系數(shù)R0↑→αc↑趨膚深度δ↓→αc↑表面不平度Δ↑→αc↑要求：1.表面粗糙度<0.1um;2.導(dǎo)體厚度>5趨附深度。2.2.3微帶線的損耗導(dǎo)體損耗：表面電阻系數(shù)R0↑→αc↑要求：1.表面粗糙度<0總損耗隨基片厚度的變化情況f↑,εr↑,h↓→αT↑2.2.3微帶線的損耗總損耗隨基片厚度的變化情況f↑,εr↑,h↓→αT↑2.2.品質(zhì)因數(shù)Q值的定義：

由于傳輸線上損耗的能量分成介質(zhì)、導(dǎo)體和輻射損耗，因此也有相應(yīng)的Qc(導(dǎo)體損耗對應(yīng)Q值)、Qd（介質(zhì)損耗對應(yīng)Q值）和輻射損耗Qr(輻射損耗對應(yīng)的Q值),它們的關(guān)系是：微帶線的品質(zhì)因素2.2.4微帶線的品質(zhì)因素品質(zhì)因數(shù)Q值的定義：由于傳輸線上損耗的能量分成介質(zhì)、導(dǎo)體和與波導(dǎo)、同軸線相比，微帶的Q值通常要低一至二個數(shù)量級品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況對一個給定頻率，存在一個使Q值最大的最佳基片厚度hoptf↑,εr↓→hopt↓（原因：輻射損耗）2.2.4微帶線的品質(zhì)因素與波導(dǎo)、同軸線相比，微帶的品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況對一個毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出公差的影響低介電常數(shù)的薄基片允許的公差相對大一些2.2.5微帶線的公差影響毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出公差的影響低介電常數(shù)的最高工作頻率受限于寄生模的激勵過高的損耗色散嚴(yán)重的不連續(xù)效應(yīng)輻射引起的Q值降低嚴(yán)格的制造公差加工安裝損壞制造工藝的限制頻率上限2.2.6微帶線的工作頻率極限目前理論表明，普通微帶線結(jié)構(gòu)最高工作頻率<110GHz.最高工作頻率受限于頻率上限2.2.6微帶線的工作頻率極限目CaliforniaInstituteof

Technology,JPL,“Substrateless”TECH.2.2.3微帶線的損耗200GHzdoublerinblock空氣微帶線，抑制高次模，無介質(zhì)損耗，尺寸變大，降低加工難度。CaliforniaInstituteof

Techno2.2.7微帶線的功率容量功率容量峰值功率容量主要受限于基片介質(zhì)擊穿效應(yīng)。如果微帶線能夠承受的最大電壓為Vm=Em*h,則可承受的峰值功率為Pp=Vm2/2Z0。由于導(dǎo)帶很薄，由于邊緣效應(yīng)，首先擊穿的是邊緣部位。不同材料的擊穿電壓不同（氧化鋁7.9KV/mm、,石英100KV/mm）2.2.7微帶線的功率容量功率容量平均功率容量主要受限于導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起的熱效應(yīng)。其中：αc和αd單位是dB/m；Tmax是基片的最高工作溫度，Tamb為環(huán)境溫度；Za為空氣介質(zhì)時微帶線的特性阻抗；Μ0為自由空間的磁導(dǎo)率；K是介質(zhì)基片的導(dǎo)熱率2.2.7微帶線的功率容量平均功率容量其中：αc和αd單位是dB/m；2.2.7微帶帶狀線傳輸TEM波，主要由三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線。帶狀線的結(jié)構(gòu)及其主模的場結(jié)構(gòu)2.3帶狀線帶狀線傳輸TEM波，主要由三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線同軸線到帶狀線演變過程表征帶狀線的特性參數(shù)主要是特性阻抗、相速度、波導(dǎo)波長、衰減和功率容量。特性阻抗衰減功率容量尺寸設(shè)計2.3帶狀線同軸線到帶狀線演變過程表征帶狀線的特性參數(shù)主要是特性阻抗、相優(yōu)點：（1）輻射損耗小，適合制作各種高Q值；（2）結(jié)構(gòu)對稱，易與同軸線相連接；缺點：（1）不利于安裝有源器件；（2）如果帶狀線中引入不均勻性時會激起高次模，故帶狀線不大適合制作有源部件。2.3帶狀線優(yōu)點：缺點：2.3帶狀線雖然帶狀線不便外接固體微波器件，但是由于LTCC電路為多層結(jié)構(gòu)，帶狀線在射頻及微波的信號互連及傳輸中經(jīng)常要用到。2.3帶狀線雖然帶狀線不便外接固體微波器件，但是由于LTCC電路為多層結(jié)帶狀線的主模為TEM模。帶狀線只傳輸TEM模的條件(單模傳輸條件)為：

帶狀線的最高工作頻率為式中W和b的單位取cm。另外，為減少帶狀線在橫截面方向的能量泄露，上下接地板的寬度D和接地板間距必須滿足：D>(3~6)W和

2.3帶狀線帶狀線的主模為TEM模。帶狀線只傳輸TEM模的條件(單模傳輸特性阻抗：

惠勒（Wheeler，H.A.）用保角變換法得到了如下有限厚度導(dǎo)體帶帶狀線特性阻抗公式式中t為導(dǎo)體帶的厚度。當(dāng)W/(b-t)<10時，精度優(yōu)于0.5%2.3帶狀線特性阻抗：惠勒（Wheeler，H.A.）用保帶狀線功率容量經(jīng)倒圓角的空氣帶狀線的最大峰值擊穿功率可表示為式中：Pmax為最大峰值擊穿功率，單位為kW；P為大氣壓力，單位為atm；b的單位為cm。制約因素：介質(zhì)本身的擊穿場強（與峰值功率相對應(yīng)）介質(zhì)自身所能承受的最高溫升（與平均功率相對應(yīng)）；2.3帶狀線帶狀線功率容量經(jīng)倒圓角的空氣帶狀線的最大峰值擊穿功率可表示為衰減常數(shù)

在

時

，αr可以忽略不計帶狀線的衰減α一般包括三部分：導(dǎo)體衰減αc，介質(zhì)衰減αd和輻射引起的衰減αr，即2.3帶狀線衰減常數(shù)在電磁介質(zhì)影響不大，其有效相對介電常數(shù)εe接近于1具有比微帶線更高的Q值（500-1000）,接近于無色散。懸置和倒置微帶傳輸準(zhǔn)TEM波。缺點:與標(biāo)準(zhǔn)微帶線相比，結(jié)構(gòu)不緊湊2.4懸置微帶和倒置微帶（a）懸置微帶（b）倒置微帶電磁介質(zhì)影響不大，其有效相對介電常數(shù)εe接近于12.4懸置帶有屏蔽殼的懸置微帶線在W>>h(即邊緣場的作用不大)時可用下列近似公式計算其特性阻抗和等效介電常數(shù)：2.4懸置微帶和倒置微帶帶有屏蔽殼的懸置微帶線在W>>h(即邊緣場的作用不大)時可用2.5槽線和共面波導(dǎo)槽線的場結(jié)構(gòu)和電流分布槽線結(jié)構(gòu)示意圖TE波槽線的介質(zhì)基片必須用高介電常數(shù)材料2.5槽線和共面波導(dǎo)槽線的場結(jié)構(gòu)和電流分布槽線結(jié)構(gòu)示意圖T共面波導(dǎo)有一個獨特的性質(zhì)，即其特性阻抗與基片的厚度幾乎無關(guān)。因此，可以利用低損耗高介電常數(shù)的材料作為基片來減小縱向電路尺寸，這對于低頻段的微波集成電路來說是特別重要的。共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖共面波導(dǎo)的場強示意圖2.5槽線和共面波導(dǎo)共面波導(dǎo)有一個獨特的性質(zhì)，即其特性阻抗與基片的厚度幾乎無關(guān)。準(zhǔn)TEM模傳輸截止頻率高，適合極高頻集成電路應(yīng)用；色散效應(yīng)比微帶線弱，適合寬帶電路設(shè)計。100GHz放大器單片電路2.5槽線和共面波導(dǎo)準(zhǔn)TEM模傳輸截止頻率高，適合極高頻集成電路應(yīng)用；色散效應(yīng)比缺點：微帶線的損耗要低于共面波導(dǎo)；微帶線的等效介電常數(shù)要高于共面波導(dǎo)，因此具有更短的波長，從而具有更小的分布效應(yīng)；共面波導(dǎo)的模型更為復(fù)雜，建模困難。5-55GHz分布式放大器單片電路2.5槽線和共面波導(dǎo)缺點：5-55GHz分布式放大器單片電路2.5槽線和共面微帶線是一種非常好的傳輸線結(jié)構(gòu)，目前最高頻率可達100GHz以上。但是在毫米波高端仍舊存在問題：1.輻射損耗大，電路中寄生模耦合明顯增加，電路Q值降低。2.強烈的色散效應(yīng)以及隨之而來的高次模傳輸?shù)目赡苄员厝粚?dǎo)致電路穩(wěn)定性下降。3.把多個電路集成在一起時，為減小電路間的有害耦合必須采用模式隔離或諧振吸收裝置。2.6鰭線1972年，P.J.Meier提出的鰭線（Fishline）一種由介質(zhì)片支撐具有薄脊的加脊波導(dǎo)，或者一種帶有金屬鰭的介質(zhì)平板加載波導(dǎo)。微帶線是一種非常好的傳輸線結(jié)構(gòu)，目前最高頻率可達10鰭線傳播模式鰭線傳播的不是準(zhǔn)TEM模，是TE和TM模系組成的混合模。若以TE模為主，習(xí)慣叫HE模（磁電模），若以TM為主，則用EH模（電磁膜）表示。設(shè)計得當(dāng)，可以保證傳輸?shù)臑橹髂?zhǔn)TE10模，最高工作頻率140GHz。鰭線的組成鰭線可認(rèn)為是準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，既要制作電路圖形，又要考慮金屬波導(dǎo)盒影響。鰭線常用的基片材料為軟基板，例如RT-duroid5880?；ǔ０卜旁诰匦尾▽?dǎo)E面中心，用尼龍或者其他金屬螺釘固定裝配。為保持金屬鰭和金屬波導(dǎo)內(nèi)壁的射頻連續(xù)性，基片放置處的金屬波導(dǎo)寬壁壁厚應(yīng)等于λg/4。2.6鰭線鰭線傳播模式2.6鰭線2.6鰭線

鰭線橫截面結(jié)構(gòu)示意圖（a）雙側(cè)鰭線；（b）單側(cè)鰭線；（c）斜對側(cè)鰭線；（d）單側(cè)絕緣鰭線；（e）雙側(cè)絕緣鰭線損耗小，最常用隔離鰭線，偏置低阻抗電路使用雙面做電路，但損耗較大2.6鰭線鰭線橫截面結(jié)構(gòu)示意圖損耗小，最常用隔離鰭線，偏置2.6鰭線（a）濾波器；諧振器；（b）阻抗變換器；耦合器矩形波導(dǎo)中的過度段(a)漸變式；（b）多階梯式2.6鰭線（a）濾波器；諧振器；（b）阻抗變換器；耦合器矩形鰭線有如下優(yōu)點：(1)在毫米波頻段，它的電路尺寸可以與有源器件相容，因而容易實現(xiàn)有源和無源電路的集成;(2)它的導(dǎo)行波長比微帶中的導(dǎo)行波長要長，因而允許的尺寸公差小于微帶，即相對微帶來講，電路條帶的加工公差要求不那么嚴(yán)格，而對金屬矩形波導(dǎo)盒內(nèi)壁公差的要求更為寬松；(3)它本身的屏蔽外殼可以直接采用標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)取代，在整個波導(dǎo)頻帶內(nèi)都易于用標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)過渡，因而電路性能的檢測和與其他系統(tǒng)的連接可以在整個波導(dǎo)帶寬內(nèi)實現(xiàn)；(4)相對微帶電路來講，它的傳輸損耗較低，而且在多個電路集成時，無需模式濾波器和去耦隔離裝置。(5)單模工作頻帶寬，弱色散性。2.6鰭線鰭線有如下優(yōu)點：2.6鰭線E面鰭線濾波器模型圖E面鰭線濾波器的實物照片2.6鰭線E面鰭線濾波器模型圖E面鰭線濾波器的實物照片2.6鰭線

微波集成電路常用傳輸線特性微波集成電路常用傳輸線特性微屏蔽線(1991)（屏蔽膜微帶線）常規(guī)微帶線的改進，在單模工作內(nèi)，可以傳輸純TEM波，無色散。優(yōu)點：不需要空氣橋或者過孔實現(xiàn)等電位接地，阻抗范圍很寬。

2.7其它平面?zhèn)鬏斁€微屏蔽線(1991)（屏蔽膜微帶線）2.7其它平面?zhèn)鬏斁€Benttransmissionlineswithalengthof5cmonflexibleLCPsubstrate.Microstriplinewithalengthof5cmandtwo90?bends.損耗正切：0.002–0.006upto110GHz2.7其它平面?zhèn)鬏斁€——柔性Benttransmissionlineswitha雙層SU8工藝WR-3(220to325GHz)每層厚度432-μm，a=864μm，b=432μm.2.7其它平面?zhèn)鬏斁€-微納加工工藝雙層SU8工藝WR-3(220to325GHz)每2.7其它平面?zhèn)鬏斁€-微納加工工藝2.7其它平面?zhèn)鬏斁€-微納加工工藝回波損耗<10dB,可重復(fù)性高，S11離散型主要是由于上下兩個部分沒有對準(zhǔn)。IL=

0.028~0.03dB∕mm，

與計算機數(shù)值控制加工的

微機械波導(dǎo)0.015~0.025dB∕mm相當(dāng)。2.7其它平面?zhèn)鬏斁€-微納加工工藝回波損耗<10dB,可重復(fù)性高，S11離散型主要是由于上下小結(jié)本章要點：各種微波傳輸線概念和結(jié)構(gòu)；各種傳輸線的優(yōu)缺點；微帶線的主要特性參數(shù)有哪些？小結(jié)本章要點：第二章微波平面?zhèn)鬏斁€第二章微波平面?zhèn)鬏斁€目錄2.1引言2.2微帶線2.3帶狀線2.4懸置微帶和倒置微帶2.5槽線和共面波導(dǎo)2.6鰭線2.7其他平面?zhèn)鬏斁€目錄2.1引言微波常用傳輸線矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)平行雙線同軸線微帶線2.1引言微波常用傳輸線矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)平行雙線同軸線微帶線2.1引言2.1引言平面?zhèn)鬏斁€微帶線帶狀線懸置微帶和倒置微帶槽線與共面波導(dǎo)相速和波長特性阻抗衰減常數(shù)功率容量設(shè)計原則2.1引言平面?zhèn)鬏斁€微帶線帶狀線懸置微帶和倒置微帶槽線與共微波平面?zhèn)鬏斁€通常由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成，制備工藝包括厚膜工藝和薄膜工藝。2.1引言微波平面?zhèn)鬏斁€通常由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組對基片材料的要求:（1）較高的介電常數(shù)，使電路小型化(針對微波頻率)；（2）低損耗；（3）介電常數(shù)

穩(wěn)定；（4）純度高，性能一致性好；（5）表面光潔度高，金屬附著力好；（6）擊穿強度高,導(dǎo)熱性好(針對大功率)。2.1引言對基片材料的要求:2.1引言2.1引言2.1引言2.1引言性能：超常的層間結(jié)合；低吸水率；增強的尺寸穩(wěn)定性；低Z軸膨脹；頻率使用范圍穩(wěn)定的介電常數(shù)；增強的撓性強度。應(yīng)用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器件；天線。2.1引言性能：應(yīng)用：功率放大器；濾波器和連結(jié)器；無源元器RogersRT/duroid5880高頻層壓板使用在:商用航空電話電路微帶線和帶狀線電路毫米波應(yīng)用軍用雷達系統(tǒng)導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)點對點數(shù)字無線電天線2.1引言RogersRT/duroid5880高頻層壓板使用在:2.1引言有機物柔性基板：LCP、polyimidefilmConsiderablycheaperthantheTeflon-likedielectrics.Mechanicalstabilityisafewtimeshigherthanforapolyimide.ItsCTEof16ppm/?Cisclosetothatofacopperconductor,resultinginlowwarpageafteretch.Highmoistureandchemicalresistance.Nearlyconstantdielectricpermittivityandalowdielectriclosstangent(εr=3,tanδ=0.004at35GHz)upto110GHz.2.1引言有機物柔性基板：LCP、polyimidefi對于金屬材料的要求：（1）高的導(dǎo)電率；（2）低的電阻溫度系數(shù)；（3）對基片的附著性能好;（4）好的刻蝕性和可焊接性;（5）易于淀積和電鍍。2.1引言對于金屬材料的要求：2.1引言2.1引言常用的是二至四層結(jié)構(gòu)，如鉻-金（Cr-Au）、鎳鉻-金（NiCr-Au）、鈦-鉑-金（Ti-Pt-Au）、鈦-鈀-金（Ti-Pd-Au）、鈦-銅-金（Ti-Cu-Au）、鉻--銅-鉻-金（Cr-Cu-Cr-Au）等。2.1引言常用的是二至四層結(jié)構(gòu)，如鉻-金（Cr-Au）、鎳MIC主要工藝過程：2.1引言基片處理研磨拋光鍍膜金屬層減薄版圖制作圖形放大照相制版光刻腐蝕甩膠曝光腐蝕接地/電鍍接地金屬化電鍍防護MIC主要工藝過程：2.1引言基片處理研磨拋光鍍膜金屬層減光刻薄膜工藝2.1引言光刻薄膜工藝2.1引言曝光（Exposure）a、接觸式曝光（ContactPrinting）

1970年前，設(shè)備簡單,污染嚴(yán)重，壽命低，分辨率

0.5μm。b、接近式曝光（ProximityPrinting）

1970年后，間距大約為10～50μm，引入衍射效應(yīng)，分辨率2～4μm。c、投影式曝光（ProjectionPrinting）使用透鏡聚集光實現(xiàn)曝光，提高了分辨率，掩模板的制作更加容易，掩膜板上的缺陷影響減小。70年代末～80年代初，掃描投影曝光，>1μm工藝；掩模板比例1：1；80年代末～90年代，步進重復(fù)投影曝光，0.35μm~0.25μ，比例4：190年代末～至今，掃描步進投影曝光，≤0.18μm工藝2.1引言曝光（Exposure）2.1引言電子束刻蝕薄膜工藝2.1引言電子束刻蝕薄膜工藝2.1引言薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析2.1引言薄膜與厚膜工藝產(chǎn)品之差異分析2.1引言2.2

微帶線微帶線目前是混合微波集成電路（HMIC）和單片微波集成電路（MMIC）以及多芯片組件（MCM）使用最多的一種平面型傳輸線。微帶線結(jié)構(gòu)及內(nèi)部場結(jié)構(gòu)2.2微帶線微帶線目前是混合微波集成電路（HMIC）和單片微帶線的優(yōu)缺點：與波導(dǎo)、同軸線等立體電路相比的主要優(yōu)點在于：（1）體積小、重量輕；（2）采用的半空間開放電路結(jié)構(gòu)，便于與固體器件進行連接；（3）電路的可靠性和性能得到改善，同時制造成本低。但也存在以下問題有待解決：（1）傳輸線的損耗較大；（2）散熱較差、介質(zhì)基片在高電壓下容易擊穿問題。2.2

微帶線微帶線的優(yōu)缺點：2.2微帶線微帶線可以看成由平行雙線演變而來2.2.1概要平行雙線到微帶線的演變過程微帶線可以看成由平行雙線演變而來2.2.1概要平行雙線到微微帶線發(fā)展歷史1952年，GriegandEngelmann，首次發(fā)表關(guān)于帶狀線（stripline）的報道，“Microstrip-ANewTransmissionTechniquefortheKlilomegacycleRange”，IREproceeding1955年，

ITTFerearlTelecommunicationsLaboratories（NewJersey）,報道了多篇關(guān)于微帶線的報道，IEEEtransactionsonMicrowaveTheoryandTechnique.1960年，薄基片厚度的微帶線流行。2.2.1概要微帶線發(fā)展歷史1952年，GriegandEngelm微帶線由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成。2.2.1概要微帶線構(gòu)成微帶線由介質(zhì)基片、介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶與金屬接地層組成。2.2.微帶線的特性參數(shù)傳輸線電壓、電流波動方程均勻傳輸線電壓、電流微分方程或電報方程2.2.2微帶線特性分析微帶線的特性參數(shù)傳輸線電壓、電流波動方程均勻傳輸線電壓、電流

空氣微帶線特性阻抗：傳輸波的相速范圍單位長度分布電容范圍特性阻抗范圍TEM模無耗傳輸線的特性阻抗：當(dāng)微帶線的周圍全部用相對介電常數(shù)為的介質(zhì)填充時，其特性阻抗為2.2.2微帶線特性分析空氣微帶線特性阻抗：傳輸波的相速范圍單位長度分布電容范圍相速為相波長為單位長度分布電容為特性阻抗為式中q為填充因子，表示介質(zhì)填充的程度2.2.2微帶線特性分析微帶線的周圍為非均勻介質(zhì)填充時，引入相對等效介電常數(shù)相速為相波長為單位長度分布電容為特性阻抗為式中q為填充微帶線的分析方法1952年時，GriegandEngelmann采用分析方法基于平行雙線的準(zhǔn)靜態(tài)分析。20世紀(jì)60年代，保角變換、格林函數(shù)、有限差分法等發(fā)展；1971年時，嚴(yán)格的場解方法已經(jīng)能夠計算色散特性。2.2.2微帶線特性分析微帶線的分析方法2.2.2微帶線特性分析微帶線特性分析微帶線分析方法有兩種：（1）準(zhǔn)靜態(tài)法（2）全波分析法

把微帶線的工作模式當(dāng)作TEM模來分析，這種分析方法稱為“準(zhǔn)靜態(tài)分析法”。全波分析法是利用高等電磁理論，求滿足完整Maxwell方程式及邊界條件的電磁場之解。2.2.2微帶線特性分析微帶線特性分析微帶線分析方法有兩種：2.2.2微帶線特性分116準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟1假設(shè)介質(zhì)不存在，金屬導(dǎo)體之外到處都是空氣，算出其每單位長電容及電感分別為C0及L0，此時:

特性阻抗為相位傳播常數(shù)為

2.2.2微帶線特性分析28準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟1假設(shè)介質(zhì)不存在，金屬導(dǎo)體之外117準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟2放入介質(zhì)，利用數(shù)值方法（如：保角變換、有限差分、積分方程和變分法）求出其單位長電容C，每單位長電感仍為L0，于是微帶線的特性阻抗與相位傳播常數(shù)分別為:2.2.2微帶線特性分析29準(zhǔn)靜態(tài)分析：步驟2放入介質(zhì)，利用數(shù)值方法（如：保角變換、兩種情況下，上述準(zhǔn)靜態(tài)法將不適用：介質(zhì)厚度和波長相比擬；頻率較高時，例如毫米波頻段的高端。原因：存在高階模式！利用全波法求解，可獲得更為準(zhǔn)確的微帶線特性阻抗和有效介電常數(shù)。f↑→εre↑,Zc↑2.2.2微帶線特性分析兩種情況下，上述準(zhǔn)靜態(tài)法將不適用：f↑→εre↑,Zc↑2.不論準(zhǔn)靜態(tài)分析或全波分析都很難找到簡單的公式解，而必需利用數(shù)值方法，以電腦計算數(shù)值解。市面上有許多商用軟件可作微帶線的準(zhǔn)靜態(tài)分析及全波分析。優(yōu)缺點：精度高、但計算效率太低，無法滿足工程需要。半經(jīng)驗解析公式利用近似物理模型或純經(jīng)驗表達式與測量結(jié)果，導(dǎo)出傳播常數(shù)與特性阻抗的公式；例：Bahl與Garg的準(zhǔn)靜態(tài)公式(與實驗結(jié)果結(jié)果相當(dāng)吻合)2.2.2微帶線特性分析不論準(zhǔn)靜態(tài)分析或全波分析都很難找到簡單的公式解，而必需利用數(shù)Bahl與

Garg準(zhǔn)靜態(tài)公式計算結(jié)果介質(zhì)基板厚度100mm，金屬帶條厚度3mm；相同的頻率、基板厚度、及金屬帶條厚度之下，微帶線的特性阻抗與傳播特性只與金屬帶條寬度有關(guān)；其他條件固定時，金屬帶條越寬，其特性阻抗越小，而相對介電常數(shù)越大；可輕易在同一塊電路板作出不同特性阻抗傳輸線。εr↑,w↑,h↓→εre↑,Zc↓2.2.2微帶線特性分析Bahl與Garg準(zhǔn)靜態(tài)公式計算結(jié)果介質(zhì)基板厚度1002.2.2微帶線特性分析εr=92.2.2微帶線特性分析εr=9122色散(Dispersion)

色散：電磁波的傳播速度隨其頻率變化而變化的現(xiàn)象。微帶線不傳播TEM波全波分析顯示其有效相對介點常數(shù)（

εre)和特性阻抗都會隨頻率變化，稱為色散；有效相對介電常數(shù)εre下相位傳播常數(shù)為：也有研究人員提出色散模型的半經(jīng)驗公式例：Hammerstad與Jensen的特性阻抗公式；例：M.Kobayashi的有效相對介電常數(shù)公式；均不必記，可寫成函數(shù)，使用時調(diào)用就可

2.2.2微帶線特性分析34色散(Dispersion)色散：電磁波的傳播速度隨其Hammerstad特性阻抗公式（誤差范圍<1%）：2.2.2微帶線特性分析Hammerstad特性阻抗公式（誤差范圍<1%）：2.2.主要考慮因素：金屬帶條厚度影響

如果考慮金屬帶條的厚度t>0，則需要對前式中帶條寬度w以有效寬度we進行修正，即：we=w+Δw。在介電常數(shù)2<

εr

<6、w/h<1.25和0.1<t/w<0.8時，有一個經(jīng)驗公式（精度5%）：

Z0=59.952×ln(4h/d)/sqrt(εe)其中εe=0.475×

εr

+0.67,d=0.536w+0.67t。金屬屏蔽腔影響

考慮屏蔽效應(yīng)后，特性阻抗要下降，當(dāng)上蓋高度>5h，側(cè)壁與微帶間距>5w時，可以忽略。2.2.2微帶線特性分析主要考慮因素：2.2.2微帶線特性分析125色散效應(yīng)影響

特性阻抗和有效介電常數(shù)隨頻率變化很小，我們可以引用一經(jīng)驗公式：其中fd的單位為GHz，h的單位為cm。當(dāng)f<fd時，色散效應(yīng)可以忽略。[例]采用相對介電常數(shù)為2.2，厚度為0.254mm的介質(zhì)基片作為微帶線的襯底時，對于50歐姆阻抗線而言，色散效應(yīng)可以忽略的最高頻率是多少？2.2.2微帶線特性分析37色散效應(yīng)影響

特性阻抗和有效介電常數(shù)隨頻率2.2.2微帶線特性分析2.2.2微帶線特性分析微帶線中傳輸模式空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模。實際微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，是TE模和TM模的混合模。微帶線中的傳輸模式類似于TEM模，故稱為準(zhǔn)TEM模。2.2.2微帶線特性分析微帶線中傳輸模式空氣介質(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模。2.2128微帶線無法傳播TEM波說明空氣與介質(zhì)的交界面上電場的切線方向分量連續(xù)，因此下標(biāo)d和a分別表示交界面的介質(zhì)側(cè)及空氣側(cè)。2.2.2微帶線特性分析40微帶線無法傳播TEM波說明空氣與介質(zhì)的交界面上電場的切線129微帶線無法傳播TEM波說明利用Maxwell方程式可得在直角坐標(biāo)系展開，且利用交界面兩側(cè)磁場強度法線方向分量連續(xù)的條件(假定介質(zhì)的μr=1)2.2.2微帶線特性分析41微帶線無法傳播TEM波說明利用Maxwell方程式可得微帶線無法傳播TEM波說明由于大于1，而且界面上的Hy不為零，它對z的變化也不為零，因此式右邊的項不會是零，依據(jù)上面的公式，其左方的項因此不能為零，所以Hz也就不可以是0。無法滿足TEM波Hz=0！

2.2.2微帶線特性分析微帶線無法傳播TEM波說明由于大于1，而且界面上的HTE10模截止波長為TM01模截止波長為波導(dǎo)模:

微帶線中的高次模：波導(dǎo)模和表面波模波導(dǎo)模是指在金屬導(dǎo)帶與接地板之間構(gòu)成有限寬度的平板波導(dǎo)中存在的TE、TM模。平板波導(dǎo)的最低TE模和TM模是TE10模、TM01模。2.2.2微帶線特性分析TE10模截止波長為TM01模截止波長為波導(dǎo)模:微帶線中的主模和高次模表面波模TE1模截止波長:表面波TM0模截止波長：表面波模:

微帶線的單模工作條件:[例]：對于石英基片，相對介電常數(shù)為3.8，工作在100GHz時，要求最低表面模與準(zhǔn)TEM模之間耦合可以忽略下，石英基片的厚度不能超過多少？2.2.2微帶線特性分析微帶線中的主模和高次模表面波模TE1模截止波長:表面波模:2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗主要分為三部分：（1）介質(zhì)損耗：當(dāng)電流通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)分子交替著極化和晶格來回碰撞，而產(chǎn)生的損耗。（2）導(dǎo)體損耗：微帶線的導(dǎo)體帶條和接地板均具有有限的電導(dǎo)率，電流通過時必然引起損耗，是微帶線損耗的主要部分。（3）輻射損耗：由微帶線場結(jié)構(gòu)的半開放性所引起。為避免輻射，減小損耗，并防止有其他電路的影響，一般的微帶電路均裝在金屬屏蔽盒中。2.2.3微帶線的損耗微帶線的損耗主要分為三部分：2.2.3微帶線的損耗p為單位長度傳輸線的功率損耗2.2.3微帶線的損耗p為單位長度傳輸線的功率損耗在電場作用下，能產(chǎn)生極化的一切物質(zhì)又被稱之為電介質(zhì)。如果將一塊電介質(zhì)放入一平行電場中，則可發(fā)現(xiàn)在介質(zhì)表面感應(yīng)出了電荷，即正極板附近的電介質(zhì)感應(yīng)出了負(fù)電荷，負(fù)極板附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出正電荷。這種電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生感生電荷的現(xiàn)象，稱之為電介質(zhì)的極化。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的原因在于介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(原子、分子、離子)在電場作用下正負(fù)電荷重心的分離，變成了偶極子。不同的偶極子有不同的電偶極矩，電偶極矩的方向與外電場方向一致。2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)基本概念在電場作用下，能產(chǎn)生極化的一切物質(zhì)又被稱之為電介質(zhì)。2.2.材料極化2.2.3微帶線的損耗材料極化2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：介電常數(shù)：以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值。表示在單位電場中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。是表征電介質(zhì)極化并儲存電荷的能力，是個宏觀物理量。介質(zhì)損耗：置于交流電場中的介質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱(溫度升高)形式表現(xiàn)出來的能量損耗。2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：介質(zhì)損耗角對電介質(zhì)施加交流電壓，介質(zhì)內(nèi)部流過的電流相量與電壓相量之間的夾角的余角。介質(zhì)損耗角正切對電介質(zhì)施以正弦波電壓,外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角δ的正切值tgδ.其物理意義是：2.2.3微帶線的損耗電介質(zhì)參數(shù)：2.2.3微帶線的損耗分子結(jié)構(gòu)極性越強,ε和tg越大.非極性材料的極化程度小,ε和tg都較小.

tg

大，損耗大，材料發(fā)熱。電容介質(zhì)：大，tg

小作絕緣材料或電容器材料的高聚物,介電損耗越小越好

航空航天材料小，tg

大，靜電小

高頻焊接：薄膜封口，tg

大需要通過高頻加熱進行干燥,模塑或?qū)λ芰线M行高頻焊接時,要求高聚物的介電損耗越大越好.

高頻電纜—用PE(非極性)而不用PVC(極性)

2.2.3微帶線的損耗分子結(jié)構(gòu)極性越強,ε和tg越大.非極性材料的極化程度小,介質(zhì)損耗：ε1為介質(zhì)的介電常數(shù)，

μ0為導(dǎo)磁率，并把存在的介質(zhì)損耗用一個等效損耗電導(dǎo)σ1來表示。

當(dāng)有介質(zhì)損耗時，其有功電流密度和無功電流密度各為σ1E和jωε1E。兩者大小比值的正切是衡量介質(zhì)損耗的一個基本參量，稱為損耗角正切：

通常該損耗與導(dǎo)體損耗相比往往可以忽略不計，但在介質(zhì)吸水或含有其他雜質(zhì)時，介質(zhì)損耗將會增大。2.2.3微帶線的損耗電場全部浸在介質(zhì)中時介質(zhì)損耗：ε1為介質(zhì)的介電常數(shù)，μ0為導(dǎo)磁率，并把存在的介導(dǎo)體損耗：表面電阻系數(shù)R0↑→αc↑趨膚深度δ↓→αc↑表面不平度Δ↑→αc↑要求：1.表面粗糙度<0.1um;2.導(dǎo)體厚度>5趨附深度。2.2.3微帶線的損耗導(dǎo)體損耗：表面電阻系數(shù)R0↑→αc↑要求：1.表面粗糙度<0總損耗隨基片厚度的變化情況f↑,εr↑,h↓→αT↑2.2.3微帶線的損耗總損耗隨基片厚度的變化情況f↑,εr↑,h↓→αT↑2.2.品質(zhì)因數(shù)Q值的定義：

由于傳輸線上損耗的能量分成介質(zhì)、導(dǎo)體和輻射損耗，因此也有相應(yīng)的Qc(導(dǎo)體損耗對應(yīng)Q值)、Qd（介質(zhì)損耗對應(yīng)Q值）和輻射損耗Qr(輻射損耗對應(yīng)的Q值),它們的關(guān)系是：微帶線的品質(zhì)因素2.2.4微帶線的品質(zhì)因素品質(zhì)因數(shù)Q值的定義：由于傳輸線上損耗的能量分成介質(zhì)、導(dǎo)體和與波導(dǎo)、同軸線相比，微帶的Q值通常要低一至二個數(shù)量級品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況對一個給定頻率，存在一個使Q值最大的最佳基片厚度hoptf↑,εr↓→hopt↓（原因：輻射損耗）2.2.4微帶線的品質(zhì)因素與波導(dǎo)、同軸線相比，微帶的品質(zhì)因數(shù)隨基片厚度的變化情況對一個毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出公差的影響低介電常數(shù)的薄基片允許的公差相對大一些2.2.5微帶線的公差影響毫米波電路尺寸小，制造公差問題比較突出公差的影響低介電常數(shù)的最高工作頻率受限于寄生模的激勵過高的損耗色散嚴(yán)重的不連續(xù)效應(yīng)輻射引起的Q值降低嚴(yán)格的制造公差加工安裝損壞制造工藝的限制頻率上限2.2.6微帶線的工作頻率極限目前理論表明，普通微帶線結(jié)構(gòu)最高工作頻率<110GHz.最高工作頻率受限于頻率上限2.2.6微帶線的工作頻率極限目CaliforniaInstituteof

Technology,JPL,“Substrateless”TECH.2.2.3微帶線的損耗200GHzdoublerinblock空氣微帶線，抑制高次模，無介質(zhì)損耗，尺寸變大，降低加工難度。CaliforniaInstituteof

Techno2.2.7微帶線的功率容量功率容量峰值功率容量主要受限于基片介質(zhì)擊穿效應(yīng)。如果微帶線能夠承受的最大電壓為Vm=Em*h,則可承受的峰值功率為Pp=Vm2/2Z0。由于導(dǎo)帶很薄，由于邊緣效應(yīng)，首先擊穿的是邊緣部位。不同材料的擊穿電壓不同（氧化鋁7.9KV/mm、,石英100KV/mm）2.2.7微帶線的功率容量功率容量平均功率容量主要受限于導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起的熱效應(yīng)。其中：αc和αd單位是dB/m；Tmax是基片的最高工作溫度，Tamb為環(huán)境溫度；Za為空氣介質(zhì)時微帶線的特性阻抗；Μ0為自由空間的磁導(dǎo)率；K是介質(zhì)基片的導(dǎo)熱率2.2.7微帶線的功率容量平均功率容量其中：αc和αd單位是dB/m；2.2.7微帶帶狀線傳輸TEM波，主要由三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線。帶狀線的結(jié)構(gòu)及其主模的場結(jié)構(gòu)2.3帶狀線帶狀線傳輸TEM波，主要由三導(dǎo)體構(gòu)成，故又稱為三板線或夾心線同軸線到帶狀線演變過程表征帶狀線的特性參數(shù)主要是特性阻抗、相速度、波導(dǎo)波長、衰減和功率容量。特性阻抗衰減功率容量尺寸設(shè)計2.3帶狀線同軸線到帶狀線演變過程表征帶狀線的特性參數(shù)主要是特性阻抗、相優(yōu)點：（1）輻射損耗小，適合制作各種高Q值；（2）結(jié)構(gòu)對稱，易與同軸線相連接；缺點：（1）不利于安裝有源器件；（2）如果帶狀線中引入不均勻性時會激起高次模，故帶狀線不大適合制作有源部件。2.3帶狀線優(yōu)點：缺點：2.3帶狀線雖然帶狀線不便外接固體微波器件，但是由于LTCC電路為多層結(jié)構(gòu)，帶狀線在射頻及微波的信號互連及傳輸中經(jīng)常要用到。2.3帶狀線雖然帶狀線不便外接固體微波器件，但是由于LTCC電路為多層結(jié)帶狀線的主模為TEM模。帶狀線只傳輸TEM模的條件(單模傳輸條件)為：

帶狀線的最高工作頻率為式中W和b的單位取cm。另外，為減少帶狀線在橫截面方向的能量泄露，上下接地板的寬度D和接地板間距必須滿足：D>(3~6)W和

2.3帶狀線帶狀線的主模為TEM模。帶狀線只傳輸TEM模的條件(單模傳輸特性阻抗：

惠勒（Wheeler，H.A.）用保角變換法得到了如下有限厚度導(dǎo)體帶帶狀線特性阻抗公式式中t為導(dǎo)體帶的厚度。當(dāng)W/(b-t)<10時，精度優(yōu)于0.5%2.3帶狀線特性阻抗：惠勒（Wheeler，H.A.）用保帶狀線功率容量經(jīng)倒圓角的空氣帶狀線的最大峰值擊穿功率可表示為式中：Pmax為最大峰值擊穿功率，單位為kW；P為大氣壓力，單位為atm；b的單位為cm。制約因素：介質(zhì)本身的擊穿場強（與峰值功率相對應(yīng)）介質(zhì)自身所能承受的最高溫升（與平均功率相對應(yīng)）；2.3帶狀線帶狀線功率容量經(jīng)倒圓角的空氣帶狀線的最大峰值擊穿功率可表示為衰減常數(shù)

在

時

，αr可以忽略不計帶狀線的衰減α一般包括三部分：導(dǎo)體衰減αc，介質(zhì)衰減αd和輻射引起的衰減αr，即2.3帶狀線衰減常數(shù)在電磁介質(zhì)影響不大，其有效相對介電常數(shù)εe接近于1具有比微帶線更高的Q值（500-1000）,